單片機課程設計報告-簡易頻率計設計

1、單片機課程設計報告簡 易 頻 率 計 設 計 學 院： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導老師：羅光明 完成日期：2012-03-25目錄摘 要- 2 -第一章 頻率計設計概述- 3 -第二章 AT89C51單片機及其引腳說明- 3 -第三章 分頻電路- 5 -第四章 顯示電路- 6 -第五章 系統(tǒng)整體原理圖- 7 -第六章 系統(tǒng)軟件設計- 8 -1測頻軟件實現(xiàn)原理- 8 -2軟件流程圖- 9 -3程序設計- 9 -第七章 仿真測試結(jié)果- 11 -（1）復位操作- 11 -（2）頻率為9HZ- 12 -（3）頻率為99HZ- 12 -（4）頻率為999HZ- 13 -（5）頻率為9999HZ-

2、 13 -第八章 單片機課程設計原材料清單- 14 -結(jié)束語- 14 -1.結(jié)論- 14 -2.致謝- 15 -參考文獻- 15 -摘要隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，信號頻率的測量在科技研究和實際應用中的作用日益重要。傳統(tǒng)的頻率計通常是用很多的邏輯電路和時序電路來實現(xiàn)的，這種電路一般運行較慢，而且測量頻率的范圍較小?？紤]到上述問題，本文設計一基于單片機設計頻率計。本文從頻率計的原理出發(fā)，介紹了基于單片機的頻率計的設計方案，選擇了實現(xiàn)系統(tǒng)的各種電路元器件，并對硬件電路進行了仿真，并焊制出了實際的電路板，測試表明與理論大體相符。關鍵字：單片機；頻率計；測量；AT89C51第一章 頻率計設計概述本頻率

3、計的設計以AT89C51單片機為核心，利用他內(nèi)部的定時計數(shù)器完成待測信號頻率的測量。單片機AT89C51內(nèi)部具有2個16位定時計數(shù)器，定時計數(shù)器的工作可以由編程來實現(xiàn)定時、計數(shù)和產(chǎn)生計數(shù)溢出時中斷要求的功能。設計將定時/計數(shù)器0設置工作在定時方式，定時/計數(shù)器1設置工作在計數(shù)方式。在定時器工作方式下，在被測時間間隔內(nèi)，每來一個機器周期，計數(shù)器自動加1（使用12 MHz時鐘時，每1s加1），這樣以機器周期為基準可以用來測量時間間隔。在計數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從1到0的跳變時計數(shù)器加1，這樣在計數(shù)閘門的控制下可以用來測量待測信號的頻率。外部輸入在每個機器周期被采樣一次，這樣檢測

4、一次從1到0的跳變至少需要2個機器周期（24個振蕩周期），所以最大計數(shù)速率為時鐘頻率的124（使用12 MHz時鐘時，最大計數(shù)速率為500 kHz）。第二章 AT89C51單片機及其引腳說明：89C51是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標準特征：4K字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的RAM,32條I/O線，2個16位定時器/計數(shù)器, 一個5中斷源兩個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，一個雙工的串行口, 片上震蕩器和時鐘電路。引腳說明：VCC：電源電壓GND:地P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，作為輸出口用時，每個引腳能驅(qū)動8個TTL邏輯門電路。當對0端口寫入1時，可以

5、作為高阻抗輸入端使用。當P0口訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，它還可設定成地址數(shù)據(jù)總線復用的形式。在這種模式下，P0口具有內(nèi)部上拉電阻。在EPROM編程時，P0口接收指令字節(jié)，同時輸出指令字節(jié)在程序校驗時。程序校驗時需要外接上拉電阻。P1口：P1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口的輸出緩沖能接受或輸出4個TTL邏輯門電路。當對P1口寫1時，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時可以作為輸入端使用。當作為輸入端使用時，P1口因為內(nèi)部存在上拉電阻，所以當外部被拉低時會輸出一個低電流（IIL）。P2口：P2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P2口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏

6、輯門電路。當向P2口寫1時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（IIL）。P2口在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如MOVX DPTR）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，P2口使用強大的內(nèi)部上拉電阻功能當輸出1時。當利用8位地址線訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時（例MOVX R1）,P2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當EPROM編程或校驗時，P2口同時接收高8位地址和一些控制信號。P3口：P3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的I/O端口。P3口的輸出緩沖能驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。當向P3口寫1

7、時，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可以用作輸入口。作為輸入口，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出電流（IIL）。P3口同時具有AT89C51的多種特殊功能，具體如下表1所示:端口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2 (外部中斷0)P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0）P3.5T1（定時器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器都選通）表1 P3口的第二功能RST:復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。ALE/:當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖

8、存地址的低8位字節(jié)。當在Flash編程時還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ALE是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。但也要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。：程序存儲允許時外部程序存儲器的讀選通信號。當AT89C52執(zhí)行外部程序存儲器的指令時，每個機器周期兩次有效，除了當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過兩個信號。/VPP:外部訪問允許。為了使單片機能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲器從0000H到FFFH單元的指令，必須同GND相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復位時EA端會自動內(nèi)部鎖存。當執(zhí)行內(nèi)部編程指令時，應該接到VCC端。XTAL1：振蕩器反相放大器

9、以及內(nèi)部時鐘電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。在本次設計中，采用89C51作為CPU處理器，充分利用其硬件資源，結(jié)合D觸發(fā)器CD4013，分頻器CD4060，模擬轉(zhuǎn)換開關CD4051，計數(shù)器74LS90等數(shù)字處理芯片，主要控制兩大硬件模塊，量程切換以及顯示模塊。第三章 分頻電路 本次設計采用的是脈沖定時測頻法，由于考慮到單片機的定時計數(shù)器得計數(shù)能力有限，無法對過高頻進行測量，所以我們對待測信號進行了分頻，這樣能提高測量頻率的范圍，還能相應的提高頻率測量的精度。所以我們需要把待測信號進行分頻。其原理圖如3.3 3.3 4040原理圖 第四章 顯示電路我們測量的頻率最終要顯示出來

10、八段LED 數(shù)碼管顯示器由8 個發(fā)光二極管組成?；? 個長條形的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光管在數(shù)碼管顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，它能顯示各種數(shù)字及部份英文字母。LED 數(shù)碼管顯示器有兩種形式：一種是8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED 數(shù)碼管顯示器；另一種是8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED 數(shù)碼管顯示器。如下圖所示。共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED 數(shù)碼管顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，對應的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段 h g f e d c b a 對應于一個字節(jié)（8 位）的D7、D6、D

11、5、。D4、D3、D2、D1、D0，于是用8 位二進制碼就能表示欲顯示字符的字形代碼。在單片機應用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個數(shù)碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O 接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機中CPU 的開銷小,能供給單獨鎖存的I/O 接口電路很多。在單片機系統(tǒng)中動態(tài)掃描顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一。其接口電路是把所有顯示器的8 個筆劃段a-h 同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極CO

12、M 是各自獨立地受I/O 線控制。CPU 向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于COM 端，而這一端是由I/O 控制的，所以我們就能自行決定何時顯示哪一位了。而所謂動態(tài)掃描就是指我們采用分時的辦法，輪流控制各個顯示器的COM 端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。其原理圖3.43.4顯示電路原理圖第五章 系統(tǒng)整體原理圖第六章 系統(tǒng)軟件設計1

13、測頻軟件實現(xiàn)原理 測頻軟件的實現(xiàn)是基于電路系統(tǒng)來進行設計的。本次設計采用的是脈沖定時測頻法，所以在軟件實現(xiàn)上基本遵照系統(tǒng)的設計原理，進行測頻。本次軟件設計語言采用C語言，在電腦上編譯通過后即可下載到電路上的實際電路中，即可實現(xiàn)頻率的測量。2軟件流程圖 開始初始化T1定時,T0計數(shù)T0計數(shù)滿T1定時1秒滿 While(1)T0count+ 計算脈沖個數(shù)sum 送數(shù)碼管顯示 3 程序設計 #includebit int_flag;unsigned char volatile T0Count;unsigned char volatile T1Count;unsigned char code tabl

14、e =0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char code temp = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;unsigned long sum;unsigned char Led4;void delay(unsigned int num )while(-num);void init(void) TMOD=0x15;/TMOD=0x51; /T1定時，T0計數(shù) TH1=(65536-50000)/256;/TH0=(65536-50000)/256; /定時50ms TL1=(65536-50000)%25

15、6;/ TL0=(65536-50000)%256;TH0=0x00;/TH1=0x00;TL0=0x00;/TL1=0x00;void disp(void)unsigned char i;for(i=0;i4;i+)P2=tempi;/片選P0=tableLedi;/取數(shù)據(jù)顯示delay(100);/延時1毫秒void main(void)EA=1;init();TR0=1;TR1=1;ET1=1;ET0=1;while(1) if(int_flag=1) int_flag=0;sum=TL0+TH0*256+T0Count*65536; /計算脈沖個數(shù)Led3=sum%10000/1000

16、;/顯示千位Led2=sum%1000/100;/顯示百位Led1=sum%100/10;/顯示十位Led0=sum%10;/顯示個位T1Count=0x00;T0Count=0;TH0=0x00;TL0=0x00;TR0=1; disp();void int_t1(void) interrupt 3TH1=(65535-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;T1Count+;if(T1Count=20)TR0=0;int_flag=1;T1Count=0x00;void int_T0(void) interrupt 1 T0Count+;第七章 仿真測試結(jié)果（1）

17、 復位操作（2） 頻率為9HZ，頻率捕捉很準（3） 頻率為99HZ，頻率捕捉很準（4） 頻率為999HZ，頻率捕捉較準，產(chǎn)生一定誤差（5） 頻率為9999HZ，頻率捕捉較準，產(chǎn)生較大誤差第八章 單片機課程設計原材料清單結(jié)束語1.結(jié)論在單片機應用系統(tǒng)設計時，必須先確定該系統(tǒng)的技術要求，這是系統(tǒng)設計的依據(jù)和出發(fā)點，整個設計過程都必須圍繞這個技術要求來工作。在設計時遵循從整體到局部也即自上而下的原則。把復雜的問題分解為若干個比較簡單的、容易處理的問題，分別單個的加以解決。將總?cè)蝿辗纸獬煽梢元毩⒈磉_的子任務，這些子任務再向下分，直到每個子任務足夠簡單，能夠直接而容易的實現(xiàn)為止。在程序調(diào)試時應按各個功能

18、模塊分別調(diào)試。在程序設計時，正確合理的設計是非常重要的，正確的程序設計包括程序的結(jié)構(gòu)是否合理，一些循環(huán)結(jié)構(gòu)和循環(huán)指令的使用是否恰當，能否使用較少的循環(huán)次數(shù)或較快的指令，是否能把某些延遲等待的操作改為中斷申請服務，能否把某些計算方法和查表技術適當簡化等。另外程序的設計要具有可擴展性，程序的結(jié)構(gòu)要標準化，便于閱讀、修改和擴充。通過本次課程設計，我更加地了解和掌握單片機的基本知識和基本的編寫程序，也更加深入地了解單片機這么課程，掌握匯編語言的設計和調(diào)試方法。對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學習方向是非常有益的。在設計過程中，得到了我的指導老師的悉心指導與幫助，在此一并表示衷心的感謝。2.致謝衷心感謝羅光明老師、曾段明老師的悉心指導，是你們的幫助讓我順利的完成了課程設計。同時也感謝給予我?guī)椭耐瑢W！謝謝你們！參考文獻1 李雷等編.集成電路應用實驗.國防工業(yè)出版社20032 李雷等編.電子技術應用實驗教程.電子科技大學出版社,20063 朱紅